激光束加工制造技术

描述了一种用于工件（２）的激光束加工的方法，其中激光束（１４）通过具有焦面的物镜（２０）聚焦在具有边界面的工件（２）中或其上，以通过双光子工艺生成加工效应，以及相对于工件（２）移动焦点的位置，并且为了获得焦点的位置的参考，同样通过物镜（２０）将照射调制对象的图像投射至工件（２）和焦面中，或者与其相交，并且将在边界面处出现的图像的反射成像在自动聚焦像面中，以及通过具有相机像面的相机（１５）检测，其中当所述照射调制对象的图像位于所述焦面中时，所述相机像面相交于所述自动聚焦像面，或者当所述调制对象的图像相交于所述焦面时，所述相机像面位于所述自动聚焦像面中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过双光子工艺来激光加工工件的设备和方法。
技术介绍
通常，通过双光子工艺的工件的激光束加工通过在工件上或在工件中移动激光束 焦点来进行，并且还已知为激光写入或激光扫描光刻。用于该目的的设备和方法根据本领 域的现状是已知的，并且通常利用例如光敏抗蚀剂的工件的聚合。在J.-M. Lourtioz的自 然材料(Nature Materials) 3, 427(2004)和 Μ. Deubel 等的自然材料 3，444 (2004)中可找 到各个描述。例如在US 5034613中描述了用于激光束写入的显微镜。例如，在2006年4 月20日的生物技术和生物工程(Biotechnology and Bioengineering)的93卷、第6部 分的 1060-1068 页中 Miller J.等的Laser-Scanning Lithography (LSL) for the SOft Lithographic Patterning of Cell-AdhesiveSelf-Assembled Monolayers，，的出版物中说 明了适用于激光束写入的材料。由此，目标在于实现极高分辨率，这是使用高数值孔径的物镜以加工精度提高到 小于IOOnm的范围内的目的。一般地，使用具有大约1.4数值孔径的油浸透镜。通常，要写 入在工件中的结构自身在全空间方向延伸若干个ΙΟΟμπι。其中使用光敏树脂(光敏抗蚀 齐U)作为在盖玻璃上旋转涂覆抗蚀剂的适当工件材料。除了分辨率之外，短程量级(short-range order)和长程量级的再现以及对至少 一个边界面的精确参考对于结构化的质量是相关的。为了扫描(这表示在工件中或在工件 上移动焦点)，由此使用通常高精确的压电台来移动工件。然而，需要在垂直于光轴(因此 横向)和纵向于光轴(因此轴向)的可能的长写入/曝光工艺期间，确保样品的位置尽可 能稳定。对于在特定制造工艺中加工工件以及对焦点位置的绝对参考，这是重要的。然而，出现这样的问题焦点的绝对位置的参考通常很难，或甚至不可能，并且可 能特别地在加工工艺期间改变。本领域还已知使用三角测量方法、利用对比度评估的成像方法，以及通过用于自 动聚焦功能的倾斜定位共焦缝隙光阑进行的位置确定。在三角测量方法中，将准直激光束 反射到透镜的光瞳面中，并且在从样品反射的激光的ζ位置上根据该激光束相对于成像束 路径的进展绘制结果。在通过激光扫描光刻加工的共件的传统尺寸的情况下，这种系统的 自动聚焦质量将不足。此外，确定与在为此采用的工件的或检测器的中心或边缘处做出测 量结果相关的波动。因此，通常反复执行三角测量方法，这相对耗时。在利用对比度评估的成像方法中，照射具有特定强度分布的样品，其中通常将光 栅置于照射光束路径的视场光阑面中。提取在成像光学元件和样品之间具有不同距离的一 系列图片，并且确定在该系列中具有最高对比度的图片，向该图片分配最佳焦距。可在US 5604344或US 6545756中找到通过对向样品投射的图形的对比度分析的用于自动聚焦装 置的实例。通过双光子工艺加工的工件通常是透明的事实在这里出现问题，因为作为其透明的结果在工件中不存在结构。从例如DE 10319182还已知提供了通过倾斜定位共焦缝隙光阑的位置确定，其中缝隙光阑位于照射光束路径的视场光阑面中，并且被投射到样品。将从样品反射的光引导 至CCD线(其以相对于缝隙光阑倾斜的方式被设置)，并确定反射的光具有最大值的在CCD 线上的位置。该方法很快，但是由于在样品或样品表面上的杂质而存在问题(可导致强度 的波动)。此外，有必要在CCD线上进行间隙投射的大量调节，因为间隙需要很窄，以能够 实现高精度。具体地，缝隙光阑在透镜的图片场的边缘处是有效的，这大大限制了精度。因 此，该方法不能够用于激光扫描光刻。所有方法共同包括他们能够非常精确地找到焦面，但是能够以非常有限的方法 确定样品中焦面的位置，特别地涉及其他边界面。例如在WO 00/43820中描述了几个自动聚焦光束路径的使用。
技术实现思路
因此，本专利技术基于以下目的提供了一种方法和设备，通过双光子工艺能够以高精 度方式实现透明工件的激光束加工。为了实现该目的，提供了根据本专利技术的一种用于激光束加工工件的方法，其中激 光束通过具有焦面的物镜聚焦在具有边界面的工件中或其上，以通过双光子工艺生成加工 效应，以及相对于工件移动焦点的位置，并且为了获得焦点的位置的参考，同样通过物镜将 照射调制对象投射至工件和焦面中，或者与其相交，并且将在边界面处出现的投影的反射 成像在自动聚焦像面中，以及通过具有相机像面的相机检测，其中当所述照射调制对象的 投影位于所述焦面中时，所述相机像面与所述自动聚焦像面相交，或者当所述调制对象的 投影与所述焦面相交时，所述相机像面位于所述自动聚焦像面中。本专利技术还利用一种通过双光子工艺来激光加工工件的显微镜实现了该目的，其包 括物镜，具有在工件接收空间中设置的焦面；加工激光束源，发出加工激光辐射，物镜将 其聚焦在工件接收空间中；以及自动聚焦装置，其包括光调制器，用于生成照射的、强度 调制的调制对象；自动聚焦光学元件，与透镜组合将照射调制对象投射在焦面中或与焦面 相交的面中，从而在工件接收空间中生成调制对象的图像；相机，用于提取包括相机像面的 二维图片；以及自动聚焦成像光学元件，与物镜一起将在工件接收空间中设置的调制对象 的投射成像在自动聚焦像面中，其中当所述照射调制对象的投射位于所述焦面中时，所述 相机像面相交于所述自动聚焦像面，或者当所述调制对象的投射相交于所述焦面时，所述 相机像面位于所述自动聚焦图像中。本专利技术通过以下方式实现该目的使用自动聚焦功能，其允许以高精度集中于工 件的边界面，其中使用照射调制对象的独立自动聚焦投射，以倾斜的方式投射在边界面中， 或者以倾斜的方式检测与边界面相关的投射。在镜面反射的边界面(例如出现在盖玻璃和抗蚀剂之间)的情况下，当光栅被投 射在边界面之前或之后的多个焦点深度时，还可在自动聚焦检测器上生成对比度信号。结 果，以这样的自动聚焦原理获得相对大的拍摄范围。作为照射调制对象的投射/检测的结果，发生背反射，其中照射调制对象的投射/ 检测相交于边界面。现在检测该背反射，从而可从反射的横向位置确定聚焦或去聚焦的程度。现在，使用由此已知的边界面的位置在激光束加工中进行参考。结果，与边界面相关的 焦点的精确位置是可能的，例如，在盖玻璃和实际工件之间的转换。如果预期在激光加工期 间在系统中发生漂移，则可按适当方式(例如间歇地)重复参考，从而即使在任意期望时间 段的激光束加工的情况下确保相同的高精度。对于边界面的最佳检测(即对于最佳自动聚焦功能)有利地，在没有加工激光束 之一的光谱范围内工作。因此，优选地，调制对象在不同于激光束的光谱范围内发光，以及 激光束的光谱范围在通过相机进行反射检测时被过滤出。这可通过适当滤波器在检测光束 路径中实现。因此，对于独立于加工期间的质量，优选地，在激光束加工(至少间歇地)期间确 定边界面的位置，并将其用作设置焦点位置的参考。为了增加精度，可在不同横向点处(即在与光轴相关的不同位置中)在实际激光 束加工之前确定边界面的位置，并且所述表面可通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于工件（２）的激光束加工的方法，其中激光束（１４）通过具有焦面的物镜（２０）聚焦在具有边界面的工件（２）中或其上，以通过双光子工艺生成加工效应，以及相对于工件（２）移动焦点的位置，并且为了获得焦点的位置的参考，同样通过物镜（２０）将照射调制对象投射至工件（２）和焦面中，或者与其相交，并且将在边界面处出现的投射的反射成像在自动聚焦像面中并通过具有相机像面的相机（１５）检测，其中当所述照射调制对象的投射位于所述焦面中时，所述相机像面相交于所述自动聚焦像面，或者当所述调制对象的投射相交于所述焦面时，所述相机像面位于所述自动聚焦像面中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2007-11-21 102007055530.1一种用于工件(2)的激光束加工的方法，其中激光束(14)通过具有焦面的物镜(20)聚焦在具有边界面的工件(2)中或其上，以通过双光子工艺生成加工效应，以及相对于工件(2)移动焦点的位置，并且为了获得焦点的位置的参考，同样通过物镜(20)将照射调制对象投射至工件(2)和焦面中，或者与其相交，并且将在边界面处出现的投射的反射成像在自动聚焦像面中并通过具有相机像面的相机(15)检测，其中当所述照射调制对象的投射位于所述焦面中时，所述相机像面相交于所述自动聚焦像面，或者当所述调制对象的投射相交于所述焦面时，所述相机像面位于所述自动聚焦像面中。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，盖玻璃(38)位于所述工件(2)上，并且将工 件和盖玻璃之间的分界面用作边界面。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述调制对象(28)在不同于所述激光 束(14)的光谱范围内发光，以及在所述检测中过滤出所述激光束(14)的光谱范围。4.如任一先前权利要求所述的方法，其特征在于，所述边界面的位置在所述激光束加 工期间至少间断地确定，并用作设置焦点位置的参考。5.如任一先前权利要求所述的方法，其特征在于，所述边界面的位置在激光束加工之 前在不同横向点处确定，并通过面来模型化，以精确确定整个边界面的位置。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据横向点的位置到模型化的面的距离，确 定所述边界面从理想面的偏差的测量，以及向所述工件分配基于测量的质量参数，特别地 如果所述测量在特定质量参数范围内，则抑制工件的进一步加工。7.如任一先前权利要求所述的方法，其特征在于，所述工件(2)被加工，三维地移动所 述焦点的位置，其中在每个被连续完全处理的并且平行于或垂直于所述边界面的面中移动 焦点，其中对于每个面在边界面上做出参考。8.如任一先前权利要求所述的方法，其特征在于，将荧光流体用于自动聚焦校准。9.一种通过双光子工艺来激光加工工件(2)的显微镜，包括物镜(20)，其具有在工件 空间中设置的焦面；加工激光束源(42)，其发出加工激光辐射(14...

【专利技术属性】
技术研发人员：M肯佩，P卫斯特发尔，W格劳，G冯弗里曼，
申请(专利权)人：卡尔蔡司公司，卡尔斯鲁厄技术研究所，
类型：发明
国别省市：DE[德国]